Източник: cosmosmagazine.com
Различни етапи на производство на стъклена пирамида със степенуван индекс: когато е в оптичен контакт със слънчева клетка, пирамидата в последната стъпка (долния десен ъгъл) абсорбира и концентрира по-голямата част от падащата светлина и изглежда тъмна. Кредит: Нина Вайдя
Слънчевите панели ще играят основна роля в бъдещото производство на устойчива енергия, но работят най-добре, когато слънчевата светлина ги удари директно. Това може да е проблем, когато слънчевата светлина се разсейва от облачната покривка или когато слънцето минава отгоре през целия ден.
Много слънчеви масиви активно се въртят към слънцето, за да уловят възможно най-много енергия. Това ги прави по-скъпи и сложни за изграждане и поддръжка от тези, които остават неподвижни.
Но се движислънчеви панелиможе да не е необходимо в бъдеще, защото инженерен изследовател е проектирал устройство, което може да улови 90 процента от светлината, която пада върху него – независимо от нейния ъгъл или честота – и да я концентрира, за да бъде три пъти по-ярка.
Визследванияе публикуван в Microsystems & Nanoengineering.
„Това е напълно пасивна система – не се нуждае от енергия, за да проследи източника или да има движещи се части“, казва първият автор д-р Нина Вайдя, която завърши изследването като докторант в Станфордския университет, САЩ, и сега е асистент професор по астронавтика и инженерство на космически кораби в университета в Саутхемптън, Великобритания.
"Без оптичен фокус, който премества позиции или нужда от системи за проследяване, концентрирането на светлината става много по-лесно."
AGILE – аксиално градуиран индексен обектив
Устройството се нарича AGILE, което означава аксиално градирана леща с индекс и изглежда като обърната стъклена пирамида с отрязана точка.
Работи малко като как алупаможе да фокусира слънчевата светлина в по-малка, по-ярка точка в слънчев ден. Но фокусната точка на лупата се движи както слънцето, което не е полезно, когато искате да концентрирате слънчевата светлина върху определена област на фотоволтаична клетка през целия ден.
С AGILE светлината навлиза в широката, квадратна горна част от всички ъгли и се насочва надолу, за да се концентрира в същата позиция в долната част – създавайки по-ярко петно в тясната основа, която се намира отгоре на фотоволтаична клетка.
„Искахме да създадем нещо, което приема светлина и я концентрира в една и съща позиция, дори когато източникът променя посоката си“, обяснява Вайдя. „Не искаме да се налага да продължаваме да движим нашия детектор или слънчева клетка, или да движим системата така, че да е обърната към източника.
Старши автор Олав Солгаард, професор по електротехника в Станфорд и докторски съветник на Vaidya, казва: „Идеалният AGILE има в предната част на него същия коефициент на пречупване като въздуха и постепенно се повишава – светлината се огъва в перфектно гладка крива.
„Но в практическа ситуация няма да имате този идеален AGILE.“
Вместо това, прототипът AGILE е направен от това, което е известно като градиран индексен материал, който се състои от различни слоеве стъкла и полимери, които огъват светлината в различна степен. Тези слоеве променят посоката на входящата светлина на стъпки, докато тя влезе почти вертикално към изхода.
Пренасяне на AGILE от теория в реалност
Едно от най-големите предизвикателства при създаването на прототипа AGILE беше намирането и създаването на правилните налични в търговската мрежа материали, които могат да пропускат широк спектър от светлина, да я пропускат и да я огъват все повече към изхода – като същевременно са съвместими един с друг .
Например, ако едно стъкло се разшири в отговор на топлина с различна скорост от друга, цялото устройство може да се спука. Материалите също трябва да бъдат достатъчно здрави, за да бъдат обработени във форма и да останат издръжливи.
Страните на прототипите също са огледални, за да отскачат всяка светлина, която върви в грешна посока обратно към основата.
Тези AGILE устройства могат да бъдат инсталирани в слой отгореслънчеви клетки, заменяйки съществуващата капсула, която защитава слънчевите масиви и дори би създала повече пространство за охлаждане и вериги, които да работят между стесняващите се пирамиди на отделните устройства.
„Да можем да използваме тези нови материали, тези нови производствени техники и тази нова концепция AGILE за създаване на по-добри слънчеви концентратори беше много възнаграждаващо“, заключава Vaidya.
„Изобилната и достъпна чиста енергия е жизненоважна част от справянето с неотложните предизвикателства, свързани с климата и устойчивостта, и ние трябва да катализираме инженерни решения, за да превърнем това в реалност.
